2.8. Дыхательная система
Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.
Дыхание является важнейшей функцией организма, так как человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянное поступление к тканям кислорода. Кислород используется в сложном процессе окисления питательных веществ, в результате которого высвобождается энергия и образуется углекислый газ и вода. В организме человека запас кислорода крайне ограничен, поэтому требуется непрерывное поступление его из окружающей среды. Также постоянно должен удаляться из организма углекислый газ.
Человек дышит воздухом, который содержит 20,93 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, 79,01 % азота и инертных газов. В выдыхаемом воздухе содержание кислорода уменьшается до 16,0 %, углекислого газа - увеличивается до 4,5 %, азота и инертных газов - практически не меняется. Состав выдыхаемого воздуха может изменяться в зависимости от частоты и глубины дыхания, уровня обмена веществ и т.д.
Объем проходящего через легкие воздуха, составляет в покое 6-8 л/мин, а при интенсивной физической работе – может достигать 100 л/мин. Частота дыхания в состоянии покоя составляет 14-18 дыхательных движений в минуту.
В дыхании различают несколько последовательных этапов:
внешнее дыхание – обмен газов между альвеолами и атмосферой;
обмен газов между кровью легочных капилляров и альвеолами;
транспорт газов кровью – процесс переноса кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким;
обмен газов между кровью капилляров и клетками тканей организма;
внутреннее (тканевое) дыхание – биологическое окисление в клетках;
Обмен газов между кровью и воздухом осуществляет дыхательная система, которая состоит из носовой полости, носоглотки, гортани, трахеи, бронхов и легких (рис.2.17).
Внешнее дыхание осуществляется благодаря изменениям объема грудной клетки и сопутствующими изменениями объема легких. Во время вдоха объем грудной клетки увеличивается, а во время выдоха – уменьшается. В дыхательных движениях участвуют: дыхательные пути, создающие поток воздуха; легочная ткань, способная к растяжению; грудная клетка, представленная костно-хрящевой основой, соединенной связками и дыхательными мышцами, которые осуществляют поднятие и опускание ребер и движение диафрагмы.
В верхних дыхательных путях (носовая полость, носоглотка, гортань) вдыхаемый воздух очищается от пылевых частиц и микробов, согревается и увлажняется благодаря движениям ресничек мерцательного эпителия слизистой оболочки, секрету желез, густой сети кровеносных сосудов в носовой полости.
Рис.2.17. Строение дыхательной системы
а – воздухоносные пути и респираторные отделы; б – легочные альвеолы и их кровоснабжение
На уровне 6-7-го шейного позвонка гортань переходит в дыхательное горло – трахею. Трахея в грудной клетке делится на два бронха. В легких бронхи ветвятся на более мелкие, в соответствии с сегментарным строением легких, вплоть до бронхиол. Каждая бронхиола заканчивается легочным пузырьком – альвеолой, оплетенной сетью капилляров (рис. 2.17).
Общая площадь альвеол взрослого человека достигает 80-90 м2. В альвеолах происходит непосредственно газообмен между кровью и воздухом путем диффузии через альвеолярно-капиллярную мембрану – переход кислорода в эритроциты, а углекислого газа из эритроцитов в воздух. Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, присоединяет кислород воздуха и превращается в оксигемоглобин. С током крови оксигемоглобин достигает органов и тканей и отдает им кислород.
Наружная поверхность легких покрыта плеврой, представленной двумя листками. Один из них сращен с поверхностью легких, а другой выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки. Между листками имеется щелевидная плевральная полость, заполненная тонким слоем серозной жидкости. Давление в ней ниже атмосферного, что позволяет увеличивать объем легких при вдохе.
Кроме газообмена легкие выполняют и негазообменные функции:
выделительная – удаление воды и некоторых летучих веществ;
выработка биологически активных веществ – гепарина, простагландинов, гистамина, тромбопластина, факторов свертывания крови и др.;
защитная функция – легкие являются барьером между внутренней средой организма, в них образуются антитела, лизоцим, интерферон, иммуноглобулины, осуществляется фагоцитоз (альвеолярными фагоцитами), в капиллярах задерживаются и разрушаются микробы;
терморегуляторная – в легких вырабатывается большое количество тепла.
Функцию внешнего дыхания регулирует дыхательный центр, располагающийся в головном мозге (дыхательные ядра продолговатого мозга). При воздействии на его структуры нервных и гуморальных стимулов происходит приспособление функции дыхания к меняющимся условиям внешней среды.
Дыхательный центр управляет функцией сокращения дыхательной мускулатуры и гомеостатической функцией, связанной с поддержанием постоянства газового состава крови. Существуют защитные дыхательные рефлексы в ответ на раздражение слизистой оболочки дыхательных путей – чихание и кашель.
Главным гуморальным стимулом дыхательного центра является двуокись углерода (СО2). Регуляция дыхания обусловливает поддержание нормального содержания СО2 в артериальной крови и альвеолярном воздухе. Деятельность дыхательного центра зависит от состава крови, поступающей в мозг. Двуокись углерода и умеренная гипоксия вызывают усиление дыхания.